以前、フェーズシフトオシレータに関する完全で詳細なチュートリアルを作成しました。ここでは、位相シフト発振器の実際の実装を見ていきます。このプロジェクトでは、ブレッドボード上に位相シフト発振回路を作成し、オシロスコープを使用してその出力をテストします。
位相および位相シフトとは何ですか?
位相は、360度の基準における正弦波の全サイクル周期です。完全なサイクルは、波形が任意の初期値を返すために必要な間隔として定義されます。位相は、この波形サイクルの尖った位置として示されます。正弦波を見ると、位相を簡単に識別できます。
上の画像では、完全な波のサイクルが示されています。正弦波の最初の開始点は位相が0度であり、正と負の各ピークと0点を特定すると、90、180、270、360度の位相が得られます。したがって、正弦波信号が0度の基準以外の旅を開始すると、0度の基準とは異なる位相シフトと呼ばれます。
次の画像を見ると、位相シフトされた正弦波がどのように見えるかがわかります…
この画像では、2つのAC正弦波が提示されています。最初の緑の正弦波は、位相が360度ですが、最初の信号のレプリカである赤い波は、緑の信号の位相から90度位相がずれています。
この位相シフトは、単純なRCネットワークを使用して実行できます。
建設と回路
位相シフト発振器は正弦波を生成します。単純な位相シフト発振器は、60度以下の位相シフトを提供するRC発振器です。
上の画像は、入力信号の位相を60度以下にシフトする単極位相シフトRCネットワークまたはラダー回路を示しています。
そこでRCネットワークをカスケードすると、180度の位相シフトが得られます。
ここで、発振と正弦波出力を作成するには、反転構成のトランジスタまたはオペアンプのいずれかのアクティブコンポーネントが必要であり、これらのコンポーネントの出力を3極RCネットワークを介して入力にフィードバックする必要があります。出力で360度の位相シフトを生成し、正弦波を生成します。
このチュートリアルでは、トランジスタをアクティブエレメントとして使用し、トランジスタを介して正弦波を生成します。
前提条件
回路を構築するには、次のものが必要です-
1.ブレッドボード
2..1uFセラミックコンデンサ3個
3.680R抵抗器3個
4.2.2k抵抗1個
5.10k抵抗1個
6.100R抵抗1個
7.68k抵抗1個
8.100uFコンデンサ1個
9.BC549トランジスタ
10.9V電源
回路図と作業
上の画像には、位相シフト発振器の回路図が示されています。トランジスタのベース全体に再び提供されるRCネットワークの入力として出力を提供しました。RCネットワークはフィードバックパスに必要な位相シフトを提供しますが、これもトランジスタによって変更されます。RC発振器の周波数は次の式を使用して計算できます-
Fは発振周波数、RとCは抵抗と静電容量、Nは使用されるRC位相シフトステージの数を表します。この式は、位相シフトネットワークが同じ抵抗値と静電容量値を使用する場合にのみ適用できます。つまり、R1 = R2およびC1 = C2 = C3です。位相シフト発振器は、決定された事前設定値に応じて広範囲の周波数を生成できる可変位相シフト発振器として作成できます。これは、固定コンデンサC1、C2、およびC3のみをトリプルギャング可変コンデンサに変更することで簡単に実行できます。このような場合、抵抗値を固定する必要があります。
上記の回路図では、R4およびR5は、トランジスタBC549にバイアス電圧を提供する分圧器を形成している。R6は、コレクタ電流を制限するために使用され、R7は、熱安定性のために使用されるBC549動作中トランジスタ。C4はBC549のエミッタバイパスコンデンサであるため、不可欠です。
BC549はNPNエピタキシャルシリコントランジスタです。上の画像では、TO-92パッケージが示されています。最初のピン(1)はコレクター、2はベース、3はエミッターピンです。スイッチングや増幅の目的で広く使用されています。BC549は、広く使用されている547、548などの同じセグメントからのものです。BC549は低ノイズバージョンです。これを位相シフト発振器のアクティブコンポーネントに使用して、信号に追加の位相シフトを増幅して提供します。
ブレッドボード上に回路を構築しました。
位相シフト発振器回路の出力
出力にオシロスコープを接続して、正弦波を確認しました。以下の画像では、オシロスコープのプローブ接続を確認できます。
2つのオシロスコーププローブを接続しました。黄色のプローブは最終出力に接続し、赤色のプローブは2番目のRCネットワークに接続しました。オシロスコープの黄色のチャネルは最終出力の結果を提供し、赤色のチャネルは第2ステージのRCフィルター全体の出力を提供します。2つの出力を比較することにより、正弦波の2つの位相の違いを明確に理解できます。9Vベンチ電源ユニットから回路に電力を供給しています。
これは、オシロスコープからの最終出力です。
オシロスコープからキャプチャした最終出力は、上の画像に示されています。黄色の正弦波は2から捕捉レッド信号に対し位相にほぼある番目ステージRCネットワークは、位相がずれています。以下のビデオで、キャプチャされた波形を継続的に確認できます。
出力は非常に安定しており、ノイズ干渉は低くなります。完全なビデオは、このプロジェクトの最後にあります。
位相シフト発振器回路の制限
位相シフト発振器にBJTを使用しているため、BJTには特定の制限があります。発振は低周波数で安定しており、周波数を上げると発振が飽和し、出力が歪んでしまいます。また、出力波の振幅はそれほど完全ではないため、波形回路の振幅を安定させるために追加の回路が必要になります。
逆負荷効果もRCネットワーク段階で問題になります。負荷効果により、2番目の極の入力インピーダンスは、次の先行する1番目の極フィルターの抵抗特性を変更します。カスケードする追加のフィルターは、この効果を悪化させます。また、このため、標準式で発振周波数を算出することは困難です。
位相シフト発振器回路の使用
位相シフト発振器の主な用途は、出力全体に正弦波を生成することです。したがって、純粋な正弦波の生成が必要な場合は常に、位相シフト発振器が使用されます。また、特定の信号の位相シフトを目的として、位相シフト発振器はシフトプロセスを大幅に制御します。位相シフト発振器の他の使用法は次のとおりです。
- オーディオオシレーター
- 正弦波インバーター
- 音声合成
- GPSユニット
- 楽器。
位相シフトオシレーターについて詳しく知りたい場合は、リンクをたどってください。